Квантовый лабиринт. Как Ричард Фейнман и Джон Уилер изменили время и реальность

Летом 1978 года здоровье Ричарда начало ухудшаться, появились первые симптомы болезни, мешавшей ему путешествовать следующие десять лет, к сожалению, его последние десять лет. В июне он получил приглашение от Уилера принять участие в симпозиуме, посвященном столетию со дня рождения Эйнштейна. Джон попросил Фейнмана выступить с докладом¹³¹ на тему «Эйнштейн и физика будущего», или выбрать другую тему. Фейнман вежливо отклонил приглашение¹³², шутливо сообщив, что он поговорил с «мистером Икс», и тот тоже не сможет присутствовать.

Он был в то время не в лучшей форме, начались острые боли в брюшной полости. Врач диагностировал липосаркому, одну из разновидностей рака, и поскольку единственным способом бороться с ней являлась хирургия, то Ричард отправился под нож. Большую опухоль, давившую ему на печень и почку, удалили. Но после операции требовались месяцы домашнего покоя для восстановления.

28 июля Уилер отправил Фейнману письмо с пожеланиями выздоровления. «Добро пожаловать домой, – написал он, – после опыта… сравнимого только с отчаянием быть президентом Калтеха… Самые теплые пожелания быстрого восстановления». В письмо он вложил материалы для чтения, надеясь, что они помогут Фейнману оправиться. Среди них оказалась статья «Закон без закона», позднее ставшая частью более обширной работы «Границы времени». В то время Уилер вел занятия по теории квантовых измерений, и ему пришлось заново изучить тайны взаимодействий на квантовом уровне.

Кто на первой базе? Что на второй? Я не знаю, это квант

В 1978 году Уилер придумал блестящий мысленный опыт, названный «эксперимент с отложенным выбором», предназначенный для того, чтобы пролить свет на странности теории квантовых измерений. Он представил все так, как будто смог убедить Эйнштейна, что Бор был прав в их знаменитом споре по поводу квантовой механики: имеет ли место вероятностный «бросок костей» и можно ли с его учетом назвать квантовую механику полной физической теорией (Бор говорил «да», Эйнштейн – «нет»).

Как ни странно, гипотетическая конструкция Уилера позволила заглянуть дальше, чем принцип дополнительности Бора, который утверждал, что выбор наблюдателя перед или в процессе измерения может влиять на протон, электрон, на другие субатомные объекты, демонстрирующие или волновые свойства, или свойства частицы. Джон предположил, что решение, принятое в будущем, может ретроспективным образом влиять на результат измерений.

Построения Уилера выглядели просто, но разумно: он представил бейсбольную площадку с зеркалами, размещенными на основной базе и на каждой из трех остальных баз. Зеркала должны быть двух разновидностей: те, что на первой и третьей базе – обычные, отражающие весь свет, а на основной и на второй – специальные, посеребренные наполовину (полупрозрачные), которые отражают половину света, а вторую пропускают. Зеркало на второй базе обладает дополнительным свойством убираться в землю при нажатии переключателя, и в начальном положении оно убрано.

Предположим, что наполовину посеребренное зеркало на основной базе размещено так, что падающий в направлении первой базы луч света частично проходит, а частично отражается в направлении третьей базы. Через крохотную долю секунды свет, нацеленный на третью базу, достигнет размещенного там зеркала и отразится в сторону правого поля; сходным образом свет, направленный на первую базу, отразится к левому полю.

Детекторы, размещенные в правом и левом полях, фиксируют ожидаемый результат: 50 процентов исходного светового потока достигло правого поля, и 50 – левого. Как и в фейнмановском интеграле по траекториям, оба исхода случаются одновременно и имеют равную вероятность. Свет распространяется по двум различным маршрутам, подобно волновому паттерну в хорошо известном эксперименте с двумя прорезями, который демонстрирует квантовую неопределенность.

Теперь представим, что произойдет, если мы нажмем переключатель, и наполовину посеребренное зеркало на второй базе поднимется на уровень остальных зеркал. Поначалу процесс пойдет точно так же, лучи в равной пропорции отправятся к первой и третьей базам. Сориентированное в определенном направлении зеркало второй базы будет отклонять весь свет с первой и третьей баз в сторону правого поля (пропущенный в первом случае и отраженный во втором), так что света левому полю не достанется (поскольку оба луча погасят друг друга в процессе, именуемом деструктивной интерференцией). В результате мы получим совершенно иной исход: 100 процентов справа, 0 процентов слева, и свет перенесется в одном направлении, как частица.